Гимназическая химическая
олимпиада школьников

Задания см. в № 45/2004

Решения и ответы

9 класс

1. Молекула серной кислоты содержит два атома водорода, один атом серы и четыре атома кислорода. В атоме водорода 1 протон, 1 электрон, 0 нейтронов. В атоме серы (изотоп сера-34) 16 протонов, 16 электронов, 18 нейтронов. В атоме кислорода 8 протонов, 8 электронов, 8 нейтронов.

Общее число протонов: 2•1 + 16 + 4•8 = 50.

(1 балл.)

Общее число электронов: 2•1 + 16 + 4•8 = 50.

(1 балл.)

Общее число нейтронов: 2•0 + 18 + 4•8 = 50.

(1 балл.)
(Всего 3 балла.)

2.

(За определение степеней окисления атомов, изменяющихся в ходе окислительно-восстановительной реакции, – 1 балл.)

(1 балл.)

Масса сульфата кальция в 1 м³ морской воды:

m(СаSO₄) = c•V = 0,0272 (г/л)•1000 (л) = 27,2 г.

Количество вещества сульфата кальция:

(СаSO₄) = m/М = 27,2 (г)/136 (г/моль) = 0,2 моль.

(1 балл.)

По уравнению реакции количество вещества сероводорода:

(Н₂S) = (СаSO₄) = 0,2 моль.

Объем сероводорода, измеренный при нормальных условиях:

V (Н₂S) = •VM = 0,2 (моль)•22,4 (л/моль) = 4,48 л.

(1 балл.)
(Всего 4 балла.)

3. Поскольку металл находится во II группе периодической системы, то его валентность равна II и формулу хлорида в общем виде можно записать как MCl₂.

(1 балл.)

MCl₂ + K₂SO₄ = MSO₄ + 2KCl.

Хлорид калия растворим в воде, следовательно, в осадок выпадает сульфат металла.

(1 балл.)

Пусть молярная масса металла М(М) = х г/моль, тогда молярные массы его солей:

M(МСl₂) = (х + 71) г/моль,

М(МSО₄) = (х + 96) г/моль.

(1 балл.)

По уравнению реакции (МСl₂) = (МSО₄).

(1 балл.)

Отсюда m(МСl₂)/М(МСl₂) = m(МSО₄)/M(МSО₄).

(1 балл.)

8,32/(х + 71) = 9,32/(x + 96).

Решая данное уравнение, получаем: х = 137.

(1 балл.)

Молярную массу 137 г/моль имеет металл барий, следовательно, формула исходного хлорида – ВаСl₂.

4. СаСО₃ + 2НСl = СаCl₂ + Н₂O + СО₂.

(1 балл.)

Са + 2НСl = СаCl₂ + Н₂.

(1 балл.)

После протекания реакций массы продуктов m₁ и m₂ на чашках весов могут быть найдены как суммы масс растворов кислоты и добавляемых в стаканы твердых веществ за вычетом масс выделяющихся из стаканов газов (для упрощения расчетов растворимостью углекислого газа в воде можно пренебречь):

m₁ = m(р-ра HBr) + m(CaCO₃) – m(CO₂),

m₂ = m(р-ра HBr) + m(Ca) – m(H₂).

(1 балл.)

Находим количества исходных веществ:

(HBr) = m(р-ра HBr)•(HBr)/M(HBr) = 200•0,162/81 = 0,4 моль;

(CaCO₃) = m(CaCO₃)/M(CaCO₃) = 5/100 = 0,05 моль;

(Ca) = m(Ca)/M(Ca) = 5/40 = 0,125 моль.

(1 балл.)

По уравнению реакции, протекающей в первом стакане, (CaCO₃) : (HBr) = 1 : 2, а по данным задачи мольные соотношения этих реагентов:

0,05 : 0,4 = 5 : 40 = 1 : 8.

Следовательно, бромоводородная кислота в избытке, и расчет массы углекислого газа следует вести по карбонату кальция.

(1 балл.)

По уравнению реакции:

(CO₂) = (CaCO₃) = 0,05 моль;

m(СО₂) = (CO₂)•М(СО₂) = 0,05 (моль)•44 (г/моль) = 2,2 г.

(1 балл.)

По уравнению реакции, протекающей во втором стакане, (Ca) : (HBr) = 1 : 2, а по данным задачи это соотношение 0,125 : 0,4 = 1 : 3,2. Следовательно, бромоводородная кислота в избытке, и расчет массы водорода следует вести по кальцию.

(1 балл.)

По уравнению реакции:

(Н₂) = (Ca) = 0,125 моль;

m(Н₂) = (H₂)•М(H₂) = 0,125 (моль)•2 (г/моль) = 0,25 г.

(1 балл.)

Массы продуктов на чашках весов:

m₁ = 200 + 5 – 2,2 = 202,8 г;

m₂ = 200 + 5 – 0,25 = 204,75 г.

(1 балл.)

Следовательно, равновесие весов нарушится, и вторая чашка станет тяжелее на
204,75 – 202,8 = 1,95 г.

(1 балл.)
(Всего 10 баллов.)

5. Металл + кислота:

2Rb + Н₂SО₄ = Rb₂SO₄ + Н₂.

(1 балл.)

Оксид металла + кислота:

Rb₂О + Н₂SO₄ = Rb₂SO₄ + H₂O.

(1 балл.)

Оксид металла + кислотный оксид:

Rb₂О + SO₃ = Rb₂SO₄.

(1 балл.)

Щелочь + кислота:

2RbOH + H₂SO₄ = Rb₂SO₄ + 2Н₂О.

(1 балл.)

Соль + кислота:

Rb₂СO₃ + Н₂SО₄ = Rb₂SO₄ + Н₂О + СO₂.

(1 балл.)

Соль + другая соль:

2RbCl + Ag₂SO₄ = Rb₂SO₄ + 2AgCl.

(1 балл.)

Щелочь + кислотный оксид:

2RbOH + SO₃ = Rb₂SO₄ + H₂O.

(1 балл.)

Щелочь + кислая соль:

RbOH + RbНSО₄ = Rb₂SO₄ + Н₂О.

(1 балл.)

Окисление сульфида в сульфат пероксидом водорода:

Rb₂S + 4Н₂О₂ = Rb₂SO₄ + 4Н₂О.

(2 балла.)

Пероксид металла + кислота:

Rb₂O₂ + Н₂SО₄ = Rb₂SO₄ + Н₂О₂.

(2 балла.)
(Всего 12 баллов.)

 

10 класс

1. Один из возможных вариантов решения – задача на параллельные реакции.

2Н₂ + О₂ = 2Н₂О.

(1 балл.)

3Н₂ + О₃ = 3Н₂О.

(1 балл.)

Обозначим количества веществ газов:

(О₂) = х моль, (О₃) = у моль.

По первому уравнению:

₁(Н₂) = 2(О₂) = 2х моль.

По второму уравнению:

₂(Н₂) = 3(О₃) = 3y моль.

Общее количество вещества водорода:

(Н₂) = V₀(Н₂)/V_M = 10,5/22,4 = 0,469 моль.

Следовательно, получаем уравнение:

2х + 3у = 0,469.

(1 балл.)

Объемная доля озона в смеси равна 10%, следовательно, и мольная доля озона также равна 10%. Отсюда (О₂) = 9(О₃).
Получаем уравнение: х = 9у.

(1 балл.)

Решая систему уравнений, получаем:

х = 0,2 моль, y = 0,022 моль.

(1 балл.)

Суммарный объем смеси озона и кислорода:

V(О₃ + О₂) = ((O₃) + (O₂))•V_M = (0,2 + 0,022) (моль)•22,4 (л/моль) = 5 л.

(1 балл.)
(Всего 6 баллов.)

2. Вещество А – оксид фосфора(V) Р₄O₁₀.

(1 балл.)

4Р + 5О₂ = Р₄О₁₀.

(1 балл.)

Р₄О₁₀ + 6Н₂О = 4Н₃PO₄.

(1 балл.)

Вещество В – любой растворимый в воде ортофосфат (натрия, калия, аммония), например Nа₃РО₄.

(1 балл.)

3NaOH + H₃PO₄ = Na₃PO₄ + 3H₂O.

(1 балл.)

3AgNO₃ + Na₃PO₄ = Ag₃PO₄ + 3NaNO₃.

(1 балл.)
(Всего 6 баллов.)

3. а)

СН₄ + 2О₂ = СO₂ + 2Н₂O.

(1 балл.)

2С₂Н₆ + 7О₂ = 4СО₂ + 6Н₂О.

(1 балл.)

Пусть масса метана в исходной смеси m(СН₄) = x г, тогда масса этана в смеси m(С₂Н₆) = (28 – x) г. По первому уравнению реакции объем образовавшегося углекислого газа:

V₁(СО₂) = 22,4х/16 = 1,4х л.

(1 балл.)

По второму уравнению реакции объем образовавшегося углекислого газа:

V₂(СO₂) = 4•22,4•(28 – х)/(2•30) = 1,493•(28 – х) л.

(1 балл.)

Общий объем углекислого газа:

V(СО₂) = V₁(СО₂) + V₂(СО₂) = 1,4х + 1,493•(28 – x) = 41,44 л.

(1 балл.)

1,4х + 41,804 – 1,493х = 41,44; х = 4, следовательно, масса метана в исходной смеси 4 г.

(1 балл.)

Массовая доля метана в исходной смеси:

(CH₄)(%) = m(CH₄)/m(смеси)•100(%) = 4/28•100(%) = 14,3%.

(1 балл.)

· Массовая доля этана в исходной смеси:

(C₂H₆)(%) = 100(%) – (CH₄)(%) = 100(%) – 14,3(%) = 85,7%.

(1 балл.)
(Всего 8 баллов.)

б)

Na₂СО₃ + 2НСl = 2NaCl + H₂O + СО₂.

(1 балл.)

К₂СО₃ + 2НСl = 2КСl + Н₂О + СО₂.

(1 балл.)

Пусть масса карбоната натрия в исходной смеси m(Na₂СО₃) = х г, тогда масса карбоната калия в смеси m(K₂СО₃) = (17,5 – х) г. По первому уравнению реакции объем образовавшегося углекислого газа:

V₁(СО₂) = 22,4•х/106 = 0,211x л.

(1 балл.)

По второму уравнению реакции объем образовавшегося углекислого газа:

V₂(СО₂) = 22,4•(17,5 – х)/138 = 0,162•(17,5 – х) л.

(1 балл.)

Общий объем углекислого газа:

V(СО₂) = V₁(СО₂) + V₂(СО₂) = 0,211х + 0,162•(17,5 – х) = 3,36 л.

(1 балл.)

0,211х + 2,84 – 0,162х = 3,36; х = 10,6, следовательно, масса карбоната натрия в исходной смеси 10,6 г.

(1 балл.)

Массовая доля карбоната натрия в исходной смеси:

(Nа₂СО₃)(%) = m(Nа₂СО₃)/m(смеси)•100(%) = 10,6/17,5•100(%) = 60,6%.

(1 балл.)

Массовая доля карбоната калия в исходной смеси:

(К₂СО₃)(%) = 100(%) – (Nа₂СО₃)(%) = 100(%) – 60,6(%) = 39,4%.

(1 балл.)
(Всего 8 баллов.)

 

Окончание следует

А.С.ГОРДЕЕВ,
учитель химии и экологии
гимназии № 20
(г. Донской, Тульская обл.)